“岩浆引擎”与板块运动驱动力

从能量的角度看,地球内部的热是驱动板块运动的主要能量.热能要转化为动能需要集中有序释放.在地球上,热能最主要的集中有序释放发生在洋中脊岩浆作用过程中.根据"岩浆引擎"模型,在洋中脊不断形成新洋壳,新洋壳轻而薄,老洋壳厚而重,致使整个板片斜置于软流圈上,产生下滑力,导致洋中脊不断扩张,形成新洋壳并推动俯冲带老洋壳的消亡,从而驱动板块运动.地幔柱岩浆活动是"岩浆引擎"的另一种表现形式.大的地幔柱头会引起上覆岩石圈受热,与大量上涌的岩浆共同作用,在其中心部位产生千米级的隆升,从而导致地壳局部大幅度的倾斜,产生向外的下滑力.当下滑力足够大时,岩石圈拉张破裂,向两边推挤扩张,同时远端洋壳在薄弱地带挤压破裂,产生板块俯冲.这是板块运动最初起始和"岩浆引擎"的点火器.在板块构造体制下,板块俯冲起始有两种主要形式,自发俯冲和诱导俯冲.自发俯冲起始往往发生在老洋盆,通常产生双向俯冲;诱导俯冲起始则往往发生于年轻洋盆,通常产生单向俯冲.新特提斯洋的多次单向俯冲闭合是诱导俯冲起始所致."岩浆引擎"主要作用于与洋中脊和地幔柱相关的板块.其他板块构造运动的能量主要来自于板块相互作用.     

滇西特提斯造山带下扬子地块的俯冲板片

地震层析成像揭示出滇西特提斯造山带下 ２５０ ｋｍ深度的板片状高速异常,它的西侧有一宽约 ３００ ｋｍ的低速柱,在澜沧江－墨江段明显的低速上覆于板片之上。综合地质学和地球化学的研究资料,论证了该板片状高速异常是古特提斯洋闭合后扬子地块俯冲板片的一部分．始于６０～５０ Ｍａ的印度大陆和欧亚大陆的碰撞触发地幔热扰动,使软流层上涌,俯冲的扬子陆块有可能被断离,并导致新生代的岩浆活动和澜沧江－墨江段的底侵作用。     

东南印度洋中脊地质构造特征及研究进展

东南印度洋中脊(Southeast Indian Ridge, SEIR)是印度洋中扩张速度最快的洋中脊,由SEIR增生的洋壳占印度洋总面积的50%以上,它是塑造印度洋现今构造格局的关键要素.相对西南印度洋中脊和西北印度洋中脊, SEIR具有更复杂的地质构造特征和演化过程.综合SEIR及邻区海底高原的地形地貌特征、重磁异常特征和玄武岩地球化学特征,探讨了SEIR的分段、洋中脊演化过程和地幔不均一性,以及板内火山作用与洋中脊的成因关系等.本文将有助于深入理解东南印度洋区域的构造演化历史,全面理解整个印度洋的洋中脊系统和大地构造格局,增进对冈瓦纳大陆裂解和印度洋演化过程的认识.初步研究认为东南印度洋区是多期洋中脊演化的结果,经历了北西向扩张、南北向扩张直至北东向扩张的三期洋壳增生过程.东南印度洋脊下的地幔源区存在不均一性,尤其是阿姆斯特丹-圣保罗海底高原和澳大利亚-南极错乱带两个区域.东南印度洋中的海底高原与热点火山作用密切相关,同时部分存在热点-洋脊相互作用或残留陆壳物质的影响.     

印度板块俯冲仅到特提斯喜马拉雅之下的地震层析证据

利用中法合作布设在藏南５１个临时地震台记录的数据进行的层析反演结果表明：印度板块整体仅俯冲到特提斯喜马拉雅之下,在嘎拉附近俯冲角度变陡并向下延伸到１５０ｋｍ,然后逐渐变平,俯冲前沿限制在雅鲁藏布江缝合线以南。对应康马、冈底斯岩体以及羊八井－当雄裂谷下方的岩石圈中部表现为低速特征,它们可能是高温和局部溶融的反映。该结果有力说明自印度板块和欧亚板块碰撞后,陆－陆俯冲仅发生在雅鲁藏布江缝合线以南的喜马拉     

滇西特提期造山带下扬子地块的俯冲板片

地震层析成像揭示出滇西特提斯造山带下２５０ｋｍ深度的板片状高速异常,它的西侧有一宽约３００ｋｍ的低速柱,在澜沧江－墨江段明显的低速上覆于板片之上,综合地质学和地球化学研究资料,论证了该板片状高速异常是古特提斯洋闭合后扬子地块俯冲板片的一部分,始于６０￣５０Ｍａ的印度大陆和欧亚大陆的碰撞触发地幔热扰动,使软流层上涌,俯冲的扬子陆地有可能被断离,并导致新生代的岩浆活动和澜沧江－墨江段的底侵作用。     

关于地幔柱大辩论

地质过程最终是地球热演化的结果.板块构造理论之所以能解释板块边缘所有地质现象,正是因为地幔冷却的缘故.例如,大洋板块在洋中脊形成,这些板块的运动和生长以及最终通过俯冲消减进入地幔是使地幔冷却降温的有效机理,从而导致大规模的地幔对流.地幔柱能解释如板内岩浆活动等另     

板块构造启动的时间和机制

板块构造是指位于对流地幔圈层之上的岩石圈的水平运动，主要由岩石圈在俯冲带的下沉作用所致。板块构造是一个典型的、非平衡复杂体系的自组系统(self organizing, far from equilibrium complex system, SOFFECS)，其驱动力主要来自热边界层(岩石圈)的反向浮力(negative buoyancy)，同时又受控于变形岩石圈与下覆粘性软流地幔的耗散作用(dissipation)。在太阳系内侧5个硅酸质行星中，板块构造仅发育于地球，这表明板块构造是硅酸质行星不太常见的一种热散逸方式。目前还不清楚这种构造活动和热散逸方式在地球上是从何时开始的。所有的硅酸质行星在形成初期可能都经历过一次短暂的岩浆海 (magma ocean) 阶段。行星固结后，静止盖层(stagnant lid)模式是行星冷却的共同途径，即行星表面形成了一个不易活动的固化盖层，此时内部的热量只能通过拆沉作用、热点火山作用和岩浆浅部侵位等方式进行逃逸。由于地球早期温度较高，通过减压熔融形成的岩石圈结构不同于现代岩石圈，即地球早期岩石圈由厚的洋壳和薄的岩石圈地幔构成。这种岩石圈要产生反向浮力需要非常长的时间，因此地球早期即便有板块构造存在，其规模也比较零星。只有当地球冷却到一定程度，扩张中脊下部减压熔融形成薄的洋壳且大洋岩石圈只需     

俯冲大洋岩石圈的相转变与俯冲带岩浆作用

以有效的实验岩石学研究和相平衡模拟为基础讨论了大洋岩石圈俯冲过程中的两类变质作用, 即在洋中脊玄武岩(MORB)、沉积岩和橄榄岩中发生的亚固相线脱水作用和部分熔融作用. 含水MORB体系相图显示在冷俯冲P-T体制下, 基性岩层中的大部分水或者在蓝片岩相开始以前(小于20 km)释放, 或者在硬柱石蓝片岩向硬柱石榴辉岩的转变深度(60~70 km)通过蓝闪石脱水释放; 只有小部分水会在与岛弧岩浆的活动对应的深度范围内通过硬柱石和硬绿泥石脱水释放; 有很少一部分水保存在硬柱石和多硅白云母中, 能够潜入更深的地幔. 文献中对角闪石在岛弧岩浆形成中的作用仍然有争论. 在冷俯冲P-T体制下, 贫铝变质沉积岩中绿泥石和滑石与富铝变质泥质岩中的硬绿泥石和纤柱石在约80~100 km的深度发生脱水, 也会对岛弧岩浆的形成有一定的贡献. 相比而言, 含水橄榄岩中蛇纹石的脱水发生在120~180 km的深度, 在岛弧岩浆作用中起着重要作用. 当洋壳沿着热P-T体制俯冲时, 会在超过80 km深处跨越固相线, 在流体存在或流体缺失条件下发生部分熔融; 在变质沉积岩中的熔融作用受黑云母和多硅白云母控制, 在基性岩石中的熔融作用受绿帘石和角闪石控制. 基性地壳产生的熔体成分在压力小于3.0 GPa时是埃达克质的, 但是在更高的压力下变成过铝花岗质.     

祁连地块前寒武纪基底锆石SHRIMP U-Pb年代学及其地质意义

为了解祁连地块起源与演化, 利用SHRIMP U-Pb定年法获得祁连地块前寒武纪基底2个片岩、2个花岗片麻岩和1个糜棱岩化花岗片麻岩的锆石年代资料. 2个片岩单颗粒碎屑锆石共有61个具地质意义的年龄资料, 其锆石年龄分布于0.88~3.09 Ga之间, 主要介于1.0~1.8 Ga, 约占70%, 峰值在1.6~1.8 Ga, 部分在2.0~2.5 Ga之间, 约占20%, 其余零星分布在太古代及新元古代. 2个花岗片麻岩锆石年代为(930±8)和(918±14) Ma, 1个糜棱岩化花岗片麻岩锆石年代为(790±12) Ma, 分别代表两次岩浆活动的年代, 可与扬子地块新元古代晋宁运动早晚两期的岩浆活动对比. 本研究工作和前人的资料共同表明, 祁连地块前寒武纪基底岩石的碎屑锆石年代广泛分布在元古代, 明显与华北地块在新、中元古代时为一稳定地台有所不同, 而与扬子地块前寒武纪基底岩石的年龄频谱相似. 再加上钕同位素模式年龄(TDM)、地层学及古生物生态的证据, 推论祁连地块并非由华北地块裂解出来再拼贴回去, 而是与扬子地块有较强的亲缘性, 在新元古代时同属冈瓦纳大陆的一部分, 大约在震旦纪末从冈瓦纳大陆裂解出来, 形成当时原特提斯大洋中的陆块, 并于早古生代时随古祁连洋的闭合, 与阿拉善地块聚合形成北祁连褶皱带. 因此, 认为古祁连洋其实就是原特提斯洋的一部分, 北祁连蛇绿岩属原特提斯蛇绿岩. 此外, 早古生代时祁连地块发生明显的大陆再活化作用, 此作用与柴北缘大陆板块的深俯冲作用有关.     

特提斯构造带的演化和北缘盆地群形成及塔里木天然气勘探远景

通过对特提斯造山带的特征分析, 认为特提斯造山带经历了二叠纪至晚三叠世的新特提斯洋的扩张与古特提斯洋的关闭、侏罗纪至老第三纪早期新特提斯洋的俯冲消亡与印藏碰撞、老第三纪晚期以来阿拉伯板块的碰撞与持续的印藏陆-陆俯冲作用3个演化阶段. 结合特提斯造山带演化和北缘盆地群的特征, 认为北缘盆地群的沉积特征、构造特征及盆地类型都受到特提斯造山带形成和演化及特提斯洋海侵的控制; 北缘盆地群的演化可以分为晚二叠世至三叠纪的弧后前陆盆地发育阶段、侏罗纪至老第三纪早期的弧后伸展断陷和拗陷盆地阶段与老第三纪晚期以来的再生前陆盆地. 特提斯北缘盆地群是世界上重要的巨型天然气聚集区, 塔里木盆地是该聚集区的一部分.     

大洋型超高压变质带的地质特征及其研究意义: 以西南天山、柴北缘超高压变质带为例

在总结洋壳深俯冲超高压变质带的基本地质特征的基础上, 较深入地论述了洋壳深俯冲超高压变质作用研究意义和存在的问题. 大洋型超高压变质带的基本特征是以典型的洋壳组合的原岩建造为特征, 其变质作用峰期温度较低属于低温榴辉岩相范围, 在递进和退变过程中出现蓝片岩相变质过程, 具有低的、冷俯冲带的地热梯度, 并且在岩石组合方面常常与蛇绿岩带伴生. 大洋型超高压变质带的深入研究对于建立冷俯冲带变质反应系列, 探讨俯冲带的水流体是如何被带到地幔深处以及建立冷俯冲带超高压变质作用类型都具有重要意义. 深俯冲超高压变质洋壳岩石抬升、折返机制的研究是目前超高压变质作用研究最具挑战性的问题之一, 其深入研究对于探讨超高压变质作用发生机理、建立更加广泛的超高压变质岩石抬升、折返机制具有重要意义; 洋壳深俯冲超高压变质岩作为俯冲到地幔深度又折返到地表的岩石, 见证了俯冲与折返的全过程, 是研究俯冲变质带中元素地球化学行为及其物质循环的最理想场所之一; 洋壳俯冲到陆壳俯冲-碰撞是俯冲碰撞造山带形成演化的基本方式, 也是目前板块构造理论研究的前沿领域. 同时, 对中国西部西南天山和柴北缘2个具有洋壳深俯冲特征的超高压变质带研究现状和存在的问题也展开了讨论.     

青藏高原羌塘中部本松错花岗质片麻岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素特征及地质意义

本松错花岗岩岩基位于龙木错-双湖缝合带内,是多期中酸性岩浆侵入的产物.通过对花岗岩岩基中的花岗质片麻岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得206Pb/238U加权平均年龄分别为496.2±3.9,497.1±3.0 Ma,该年龄值是迄今在羌塘盆地发现最古老、最可靠的岩浆岩年代学记录,为解决该地区关键地质问题提供了新的线索.获得花岗质片麻岩的锆石Hf(t)均为负值(均值,2.9,4.1),暗示花岗质片麻岩为壳源成因,两阶段模式年龄均值为1648和1723 Ma,花岗质片麻岩是原特提斯洋向冈瓦纳大陆边缘俯冲而引起古老地壳物质部分熔融的产物,是冈瓦纳大陆拼合之后在冈瓦纳大陆的边缘发生的安第斯型造山作用,而不属于冈瓦纳超大陆汇聚过程中发生的陆-陆碰撞形成的泛非造山带.说明冈瓦纳大陆北缘的岩浆弧向北至少延伸到了龙木错-双湖缝合带以南地区,龙木错-双湖缝合带为冈瓦纳大陆的北界.     

板块构造启动的时间和机制:理论和经验探索

板块构造是指位于对流地幔圈层之上的岩石圈的水平运动,主要由岩石圈在俯冲带的下沉作用所致.板块构造是一个典型的、非平衡复杂体系的自组系统(selforganizing,far from equilibrium complex system,SOFFECS),其驱动力主要来自热边界层(岩石圈)的反向浮力,同时又受控于变形岩石圈与下覆粘性软流圈地幔的耗散作用.在太阳系内侧5个硅酸质行星中,板块构造仅发育于地球,这表明板块构造是硅酸质行星不太常见的一种热散逸方式.目前还不清楚这种构造活动和热散逸方式在地球上是从何时开始的.所有的硅酸质行星在形成初期可能都经历过一次短暂的岩浆海阶段.行星固结后,静止盖层模式是行星冷却的共同途径,即行星表面形成了一个不易活动的固化盖层,此时内部的热量只能通过拆沉作用、热点火山作用和岩浆浅部侵位等方式进行逃逸.由于地球早期温度较高,通过减压熔融形成的岩石圈结构不同于现代岩石圈,即地球早期岩石圈由厚的洋壳和薄的岩石圈地幔构成.这种岩石圈要产生反向浮力需要非常长的时间,因此地球早期即便有板块构造存在,其规模也比较零星.只有当地球冷却到一定程度,扩张中脊下部减压熔融形成薄的洋壳且大洋岩石圈只需几十个百万年就可以产生反向浮力时,才能形成与现今风格相似的、可持续性的板块构造.板块构造启动时间的认识最终取决于人们对相关地质记录(事件)的研究成果.板块构造的判别依据包括蛇绿岩、蓝片岩、超高压变质带、榴辉岩、被动大陆边缘、转换断层、指示克拉通陆块移动轨迹的古地磁研究以及岩浆岩地球化学和同位素构造判别等等.对地质记录的解释必须综合各方面的信息.本人认为现存的地质事件记录了地球构造随时间演化的过程,即太古代时期构造和岩浆活动剧烈,大约在1.9 Ga时开始出现近似的板块构造,在新元古代才开始出现与现代相似的、可持续的、具有深俯冲和板片拖曳特性的板块构造.     

大陆深俯冲作用对邻区岩石圈地幔影响的时空范围:以华北陆块东南部为例

大陆深俯冲作用对邻区岩石圈地幔影响的时空范围是大陆动力学研究的核心问题之一,来源于大陆岩石圈地幔的火成岩为探索这一科学问题提供了重要资料.我们对华北陆块东南部朝鲜-辽东半岛以及辽南-吉南地区晚三叠世花岗质-镁铁质火成岩进行了详细的岩石学、同位素年代学和地球化学研究,结果表明它们是由华南与华北陆块俯冲碰撞后伸展过程中多元岩浆混合形成;相对亏损和富集地幔组分的识别标志着晚三叠世期间华北陆块东南部表现为亏损与富集岩石圈地幔共存的属性.鲁西-辽南-吉南地区早白垩世镁铁质火成岩Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成表现出与郯庐断裂距离有关的空间变化,结合吉南地区三叠纪变质锆石和新元古代岩浆锆石的发现,推测起源于深俯冲华南陆块部分熔融的熔体改造了靠近郯庐断裂带的鲁西一侧(如方城、费县、上峪)和辽南地区的岩石圈地幔,而起源于华北陆块加厚地壳部分熔融的熔体则主要改造远离郯庐断裂带的鲁西西北部(如济南、金岭)和吉南地区的岩石圈地幔.因此,华南大陆深俯冲作用对邻区华北岩石圈地幔影响的时间为晚三叠世-早白垩世,影响的空间范围约为200 km.     

发展板块构造: 从洋壳俯冲到大陆碰撞

大陆地壳深俯冲与超高压变质的研究不仅带动了中国固体地球科学的发展, 而且为发展板块构造理论提供了契机. 根据俯冲地壳的性质, 已经认识到俯冲和碰撞分别以两种类型出现. 就地壳俯冲来说, 存在洋壳俯冲型(例如太平洋周边)和陆壳俯冲型(例如阿尔卑斯造山带). 就大陆碰撞来说, 则存在弧-陆碰撞型(例如喜马拉雅和青藏造山带)和陆-陆碰撞型(例如大别-苏鲁造山带). 大陆俯冲带深部化学变化与差异折返、洋壳俯冲与陆壳俯冲之间的时空转换, 将是今后一个时期大陆动力学研究的重点.     

中国大陆架基底起源于外来地体:～100Ma随俯冲板块飘移而来的大洋高原或微陆块

<正>人们普遍认为大陆架基底是其毗连的大陆岩石圈的一部分.但通过分析整个中国东部侏罗纪-白垩纪花岗岩类的时空分布,我们不难得出结论——中国东海、南海之下的大陆架基底是与中国东部大陆岩石圈无关的外来地体.此外来地体规模大、密度低、浮力大,所以难以俯冲到地幔.这个外来体最有可能是中生代的大洋高原,但更有可能是微陆块,伴随着NW向俯冲的古太平洋板块飘移而来.古太平洋板块的俯冲,可有效解释~190 Ma至~88Ma中国东部花岗岩类的成因.整个中国大陆东部最年轻的花岗     

早三叠世-晚白垩世古太平洋俯冲:沙巴的弧前岩浆记录

厘定东亚大陆边缘中生代弧前岩浆记录以限定其俯冲边界及其时序,是解码古太平洋俯冲体系的关键.基于婆罗洲所处特殊大地构造位置且其具有弧前指示意义的基性-超基性岩石报道较少,本文选择菲律宾巴拉望构造带南延之婆罗洲沙巴地区开展了系统研究.对昔加麦火成岩、古达、特鲁比和达弗尔湾蛇绿岩基性岩及相关岩石的全岩Ar-Ar和锆石U-Pb年代学、全岩元素和Sr-Nd-Pb同位素地球化学的研究表明:沙巴基底发育有前三叠系岩石,构造上亲缘于华夏陆块或地处巽他古陆东缘.原定义为“沙巴非蛇绿岩的昔加麦基底岩石”的安山岩和英云闪长岩等形成于251～179 Ma,具埃达克质岩石地球化学属性,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr₍(i))=0.70285～0.70307,ε_Nd(t)=+6.5～+7.7,具太平洋洋中脊玄武岩(Mid-Ocean Ridge Basalt,MORB)型Pb同位素组成,源自俯冲板片派生组分交代的地幔源区,是古太平洋俯冲体系的重要组成部分.限定出沙巴地区蛇绿岩的形成时代介于早-中侏罗世至晚白垩世(约185～85Ma),其中...     

科希斯坦-拉达克弧及其周缘地块的古地磁学研究进展

对于科希斯坦-拉达克弧在印度-亚洲碰撞前的构造属性,学界存在两种不同的认识:陆缘弧和洋内弧.厘定其构造属性,将直接关联新特提斯洋古地理重建方案,对进一步解析印度-亚洲碰撞时间、位置和方式,以及恢复亚洲大陆构造变形历史等具有重要科学意义.本文在总结白垩纪至古新世科希斯坦-拉达克弧及其周缘地块古地磁数据的基础上,主要从古地磁学的视角,重建科希斯坦-拉达克弧及周缘地块的时空构造格局,厘定科希斯坦-拉达克弧的构造属性.在晚白垩世,喀喇昆仑地块与拉萨地块西缘的古纬度一致,两者基本稳定位于亚洲大陆南缘;科希斯坦-拉达克弧在90 Ma位于南半球赤道附近,而在64 Ma已经向北漂移到北半球低纬度地区;特提斯喜马拉雅在75 Ma左右作为印度被动大陆边缘,其中部和东部分别位于16.7°和19.4°S.在64 Ma科希斯坦-拉达克弧与拉萨地块西缘之间仍然被南北向宽度约为900 km的洋盆所分隔,意味着科希斯坦-拉达克弧为洋内弧.在重建印度-亚洲碰撞系统时,综合考虑特提斯喜马拉雅及科希斯坦-拉达克弧的古地磁数据,构建了印度-亚洲三阶段碰撞模型.该模型不仅协调了一系列地质证据,还为新特提斯洋古地理重建及亚洲陆内...     

洋中脊

20世纪70年代初期,海洋学家利用先进的海洋声纳探测技术,在大西洋中找到一条纵贯南北的海下山脉.后来,人们在太平洋、印度洋的洋底也找到类似的山脉.这些海下山脉被统称为"洋中脊".所有的大洋中脊共同组成绵延海下的庞大无比的水下山系,它们彼此相接,走向曲折,全长超过8万千米,这是陆地上任何一条山脊所不及的.最为壮观的是大西洋中脊,宽1500～2000千米,面积约占到大西洋面积的1/3,相对高度1000～3000米,巍然耸立于洋底.洋中脊的发现为板块构造理论找到了有力的证据.板块构造理论认为,洋中脊是地幔对流上升形成的,是板块分离的部位,也是新地壳开始生长的地方.洋中脊顶部的地壳热量相当大,是地热的排泄口,并有火山活动,地震活动也很活跃.     

西藏那曲蛇绿岩地幔源区的碳质球粒陨石型Os同位素特征及其意义

尖晶石具有高Os低Re含量的特性,能够抵抗变质、蚀变和风化作用对其Os同位素组成的影响,其Os同位素组成的测量值可以代表形成时的初始Os同位素组成.本文尝试用同一堆晶序列纯橄岩中尖晶石Os同位素组成和辉长岩中锆石年龄来反演地幔源区的Os同位素组成,为认识大洋岩石圈的形成和演化提供重要证据.西藏那曲蛇绿岩是新特提斯蛇绿岩的一部分,位于班公湖-怒江缝合带中段,形成于成熟的弧后盆地,其中发育同一堆晶序列的纯橄岩和辉长岩.辉长岩中锆石U-Pb年龄为183.7±1Ma.纯橄岩的全岩和分选出的尖晶石的Os同位素组成非常一致,排除了后期混染作用的影响,可以代表对流上地幔Os同位素组成.与碳质球粒陨石对比,尖晶石的?Os为?0.2～?0.3,表明那曲蛇绿岩的地幔源区为碳质球粒陨石型对流上地幔.因此,青藏高原大陆岩石圈主体属于残留的特提斯大洋岩石圈,是由中生代软流圈地幔顶部转化形成.这是首次运用能准确定年的堆晶岩中尖晶石Re-Os同位素组成来反演蛇绿岩地幔源区性质的研究实例.